Instytut Fizyki oświadczalnej UG Układy sekwencyjne 1. Czas trwania: 6h 2. Cele ćwiczenia Poznanie zasad działania podstawowych typów przerzutników: RS, -latch,, T, JK-MS. Poznanie zasad działania rejestrów i liczników. Projekt, montaż i sprawdzenie działania zadanego układu sekwencyjnego. 3. Wymagana znajomość pojęć sekwencyjna funkcja logiczna, synchroniczność i asynchroniczność przerzutników, analiza działania przerzutnika RS, symbole, budowa, zasada działania i tabela przejść przerzutników, rejestr, dzielnik częstotliwości, licznik asynchroniczny, licznik synchroniczny, licznik liczący w górę i w dół, licznik binarny i modulo-n. 4. Wstęp Układ sekwencyjny to układ, w którym stan wyjścia zależy od stanu wejścia w danej chwili i stanu wyjścia w chwili poprzedniej y i =y(x i, y i-1 ), xi={0,1}. Następstwo czasowe w układach sekwencyjnych zwykle realizowane jest przez użycie sygnału taktującego (zegara). Układy sekwencyjne posiadają cechę pamięci. Podstawowym elementem budulcowym układów sekwencyjnych są przerzutniki. Układy, których stan można zmienić w dowolnej chwili (niezależnie od sygnału zegarowego) noszą nazwę układów asynchronicznych a układy, których stan może zmienić się jedynie w chwili pojawienia się określonego zbocza sygnału zegarowego noszą nazwę układów synchronicznych. A B C Y Rys. 1. Sekwencyjna funkcja logiczna.. Fenc, J.J. Młodzianowski, 2006 Strona: 1
Instytut Fizyki oświadczalnej UG S J R L K Rys. 2. Symbole przerzutników RS, Latch, i JK-MS. 5. Zadania pomiarowe 5.1. Badanie działania asynchronicznego przerzutnika RS. Korzystając z bramek NAN (NOR) zmontować przerzutnik RS. Podając na wejścia R i S stany logiczne 0 i 1 sprawdzić działanie przerzutnika RS. Wyniki pomiaru przedstawić w postaci tabeli przejść. Wyjaśnić działanie przerzutnika w szczególności pojęcie stanu zabronionego. Zmodyfikować przerzutnik RS tak, aby otrzymać synchronizowany przerzutnik RS. Wyjaśnić znaczenie sygnału E. S S E R! R! Rys. 3. Przerzutnik RS i synchronizowany przerzutnik RS. S R n-1 n Tab. 1. Tabela przejść przerzutnika RS.. Fenc, J.J. Młodzianowski, 2006 Strona: 2
Instytut Fizyki oświadczalnej UG S R E n-1 n 0 0 0 0 0 0 Tab. 2. Tabela przejść synchronizowanego przerzutnika RS. 5.2. Badanie działania przerzutnika -latch. Zmontować z bramek NAN przerzutnik -latch i sprawdzić jego działanie. Wynik pomiaru przedstawić w postaci tabeli przejść. Wyjaśnić funkcję wejść i E. E! Rys. 4. Przerzutnik -latch wykonany z bramek NAN. E n-1 n 0 0 Tab. 3. Tabela przejść przerzutnika -latch. 5.3. Badanie działania przerzutników scalonych. W celu badania działania przerzutnika 7474 należy do jego wejścia zegarowego podawać pojedyncze zbocza (zbocze rosnące i zbocze opadające) generowanie przełącznikiem znajdującym się na konsolkach. Aby generować pojedyncze zbocze, z pominięciem gotowego impulsatora, można zmontować pomocniczy układ przerzutnika RS. Wyniki pomiarów przedstawić w postaci tabeli przejść. Przy którym zboczu sygnału CK przerzutnik zmienia swój stan? Porównać działanie przerzutnika z wcześniej sprawdzanym przerzutnikiem -latch. Wyjaśnić, dlaczego pomiar niema sensu, jeżeli wejście zegarowe CK będzie sterowane ręcznie z pominięciem impulsatora. Fenc, J.J. Młodzianowski, 2006 Strona: 3
Instytut Fizyki oświadczalnej UG lub układu pomocniczego. CK 0 0 n-1 n Tab. 4. Tabela przejść przerzutnika. 5.3.1. Łącząc wyjście! z wejściem przerzutnika przekształcić go do przerzutnika T. Sprawdzić działanie przerzutnika T podając na wejście zegarowe pojedyncze impulsy. Podłączyć na wejście przerzutnika, z generatora, sygnał prostokątny o częstotliwości 1kHz i sprawdzić na oscyloskopie zachowanie układu. Jaką funkcję spełnia przerzutnik T? 5.3.2. Sprawdzić i wyjaśnić działanie przerzutnika JK-MS (7473). W tym celu do wejść J i K doprowadzić stany logiczne 0 i 1 a następnie wygenerować impuls zegarowy. Które zbocze sygnału zegarowego powoduje zmianę stanu przerzutnika? Jak zachowuje się przerzutnik JK- MS przy różnych kombinacjach sygnałów J i K? Wyniki obserwacji przedstawić w postaci tabeli. J K n-1 n 0 0 Tab. 5. Tabela przejść przerzutnika JK-MS. 5.4. Badanie działania liczników. Połączyć kaskadowo (łącząc wyście! poprzedniego przerzutnika z wejściem T następnego) cztery przerzutniki T zmontowane z przerzutników. ziałanie układu sprawdzić, podając na jego wejście pojedyncze impulsy. Wyjściami licznika mają być wyjścia poszczególnych przerzutników interpretowane jako bity liczby binarnej: wyjście A=2 0, B=2 1, C=2 2 i =2 3. Jakie wartości liczbowe uzyskujemy po każdorazowym impulsie zegarowym?. Zmodyfikować układ tak, aby wyjściami układu były wyjścia! poszczególnych przerzutników. Jaką funkcję realizuje tak powstały licznik? Jakie istnieją możliwe kombinacje połączenia kaskady? Zweryfikować działanie proponowanych układów.. Fenc, J.J. Młodzianowski, 2006 Strona: 4
Instytut Fizyki oświadczalnej UG A B C Rys. 5. Czterobitowy asynchroniczny licznik binarny. 5.4.1. Konstrukcja asynchronicznego licznika modulo-n. Korzystając z binarnego licznika scalonego 7493 zmontować i sprawdzić działanie licznika o podziale zadanym przez prowadzącego A B C Rys. 6. Asynchroniczny licznik modulo 10. 5.5. Rejestr przesuwny. Korzystając ze scalonych przerzutników (7474) zmontować i sprawdzić działanie prostego rejestru przesuwnego. Wyzerować wszystkie przerzutniki. o wejścia rejestru doprowadzić stan wysoki a następnie taktując wejście zegarowe obserwować wyjścia poszczególnych przerzutników. Powtórzyć test doprowadzając do wejścia rejestru stan niski. Rys. 7. Czterobitowy rejestr przesuwny.. Fenc, J.J. Młodzianowski, 2006 Strona: 5
Instytut Fizyki oświadczalnej UG 5. Przyrządy Konsolka cyfrowa, miernik uniwersalny, oscyloskop, układy scalone 7400, 7474, 7473 VCC 1 GN Rys. 8. Widok (od góry) układu scalonego 7474. VCC J J K K 1 GN Rys. 9. Widok (od góry) układu scalonego 7473. 6. Literatura P.Horowitz, W.Hill, Sztuka elektroniki, WKŁ 1995, ISBN 83-206-1128-8, Tom 2, str.45-53, 63-67. R.Śledziewski, Elektronika dla fizyków, PWN 1982, ISBN 83-01-04076-9, str.177-181, 200-204.. Fenc, J.J. Młodzianowski, 2006 Strona: 6